Come funziona l’aspirazione aria secondaria
Il filtro antiparticolato, da dispositivo per ripulire i motori diesel è divenuto l'incubo degli automobilisti. Facciamo chiarezza su FAP e DPF
Il FAP come funziona? Prima di addentrarci nell’argomento specifico, riteniamo opportuno fare alcune considerazioni in tema di legislazione ambientale e sottolineare che, anche in questo settore, il comportamento dell’Italia, purtroppo, non è in linea con gli altri Paesi dell’Unione Europea. Ciò spiega il diverso approccio, sicuramente meno realistico, logico e coerente, adottato nel nostro Paese per ciò che riguarda, in generale, la tutela dell’ambiente. Negli altri Stati membri dell’UE, le politiche e le leggi che riguardano l’ambiente sono decise esclusivamente a livello di governo centrale ed applicate in modo univoco su tutto il territorio nazionale. In Italia le singole Regioni ed i Comuni possono legiferare autonomamente in materia ambientale. Questa grande anomalia ha portato ad una situazione di assoluta confusione e difformità comportamentale oltre che di non rispetto di precise Direttive Comunitarie. Anche da questo derivano le conseguenze innescate dall’adozione del filtro antiparticolato sulle auto diesel (FAP e DPF) e benzina (GPF).
Articolo pubblicato da Bruno Pellegrini il 22 maggio 2016 e aggiornato il 3 gennaio 2024
- Filtro antiparticolato dalle auto Euro 4
- Il filtro antiparticolato sul libretto di circolazione
- L’impatto sulla salute dei filtri antiparticolato
- Come funziona il FAP
- L’additivo necessario per il FAP
- La temperatura di lavoro del FAP
- Il FAP e i consumi di carburante
- Il FAP e la diluizione dell’olio motore
- Durata del filtro antiparticolato
- Rigenerazione del filtro antiparticolato
- Le emissioni con filtro antiparticolato
- Problemi con FAP e DPF
- Il filtro antiparticolato benzina GPF
FILTRO ANTIPARTICOLATO ED EURO 4
Fermo restando che nelle nostre città gran parte delle polveri sottili rilevate dalle centraline derivano dagli impianti di riscaldamento a gasolio e dai mezzi di trasporto pubblici che però nessuno criminalizza. Non può essere ammissibile, sul piano legislativo, etico, giuridico e normativo europeo che un sindaco di una qualsiasi città italiana, vanifichi precisi regolamenti, stabiliti a ben più alto livello e vieti la libera circolazione di veicoli nuovi. Veicoli che sono comunque prodotti nel pieno rispetto delle Direttive europee in vigore ed accettate da tutti i Paesi comunitari. Infatti la Direttiva 2003/76/CE-B (Euro4) stabilisce dei limiti di emissione allo scarico ma non prescrive un metodo unico per ottenere gli stessi, ne l’adozione obbligatoria di filtri allo scarico per le vetture diesel.
Nel caso dei motori diesel Euro 4, i limiti previsti dalla suddetta Direttiva sono identici con o senza filtro antiparticolato. Tanto è vero che con la nuova norma non vi era alcuna possibilità di identificare, dalla carta di circolazione, una vettura dotata di filtro antiparticolato. Gli automobilisti italiani ed i vigili urbani se ne sono accorti a seguito dei primi provvedimenti che discriminavano la circolazione in alcuni centri urbani. I primi non potevano dimostrare che potevano circolare ma anche i secondi non disponevano della prova contraria. Dopo una prima ondata di multe e ricorsi, si sono mosse le Case costruttrici che hanno sollecitato il Ministero dei Trasporti a fare chiarezza e ad introdurre le necessarie distinzioni sulle carte di circolazione.
FILTRO ANTIPARTICOLATO SULLA CARTA DI CIRCOLAZIONE
Nel frattempo, per le auto con filtro antiparticolato “non segnalato” alcune Case hanno fornito ai clienti apposita dichiarazione con cui apportare, tramite Ispettorati della Motorizzazione, l’aggiornamento sulla carta di circolazione. Ma tutto questo ha un costo che non può essere ritenuto di pertinenza dell’acquirente, vittima ancora una volta, dell’inefficienza della nostra burocrazia. Attualmente, sulla carta di circolazione (riquadro 3) delle vetture diesel Euro 4 (e successive) di prima immatricolazione con filtro antiparticolato, viene riportata, dopo il codice della Direttiva 2003/76 CE-B anche la dicitura “(Euro4 con disp. antiparticolato)”.
I PROBLEMI DI SALUTE E IL FILTRO ANTIPARTICOLATO
Questa, allo stato attuale, è la situazione sul piano normativo nel nostro Paese, ma la reale utilità dei filtri antiparticolato viene sempre più messa in discussione da autorevoli pareri medici. Le conclusioni sono che l’ulteriore riduzione dimensionale delle micropolveri, risulta essere ancor più nociva per la nostra salute. Infatti, nanoparticelle volatili, più piccole del PM10, hanno maggiori possibilità di raggiungere i polmoni ed annidarsi al loro interno. Il TUV in Germania si è schierato decisamente contro l’utilizzo dei filtri antiparticolato.
FILTRO ANTIPARTICOLATO FAP: COME FUNZIONA
Il filtro attivo antiparticolato (FAP) è un dispositivo introdotto a partire dal 2000 dal gruppo PSA Peugeot- Citroen per ridurre le emissioni di particolato (PM10) dai gas di scarico dei motori diesel. Il particolato è composto da particelle di fuliggine (residui carboniosi della combustione) di 20-30 micron (1 micron =1 millesimo di mm). Questi inglobano particelle più piccole di idrocarburi aromatici policiclici (PAH) e composti dello zolfo incombusti. Sono i depositi incombusti di HC, l’acido solforico (H2SO4) e l’acido solforoso (H2SO3) che rendono nocivo il particolato.
La tecnologia FAP, adottata prevalentemente da Peugeot/Citroen, Volvo, Ford, Toyota, prevede la miscelazione al gasolio di un additivo catalizzatore: il biossido di cerio (CeO2). La “cerina” è contenuta in uno specifico serbatoio da 5 litri posto accanto a quello del gasolio e la miscelazione, tramite pompa elettrica avviene in automatico ad ogni rifornimento di carburante. La taratura limite per ottenere la miscelazione di cerina prevede una immissione di almeno 7 litri di gasolio nel serbatoio.
I RISCHI DELLA CERINA UTILIZZATA CON IL FAP
L’ossido di cerio è tossico e per evitare, per quanto possibile, l’inalazione e il contatto con l’organismo, è fornito alle concessionarie in sacche con innesto rapido al relativo serbatoio. Il tutto va effettuato con guanti monouso e mascherina a carboni attivi. Riteniamo utile annotare che è sconsigliabile travasare gasolio additivato da cerina da un serbatoio ad un altro già contenente altro gasolio con cerina. Queste precisazioni ci sembrano più che opportune poiché da certa stampa è stata riportata l’errata informazione che la cerina venga separatamente iniettata nelle camere di combustione. Il biossido di cerio, che svolge la funzione di catalizzatore metallico, provoca inoltre una diminuzione del punto di infiammabilità del particolato, portandolo a circa 450°C. Come vedremo più avanti, la tecnologia DPF (senza additivo) prevede invece una temperatura di combustione del particolato più elevata (circa 650°C). Nella fase di rigenerazione del filtro antiparticolato si ottiene la combustione periodica dei depositi di agglomerati intrappolati nel filtro, riducendoli in dimensioni dell’ordine di 3,5 – 1,5 micron. Queste nanoparticelle (pericolose per la salute) vengono poi espulse dallo scarico.
TEMPERATURA DI LAVORO DEL FAP
E’ quindi un errore ritenere che il particolato venga totalmente eliminato con tale processo. La quantità di polveri misurabile con gli attuali strumenti viene solo in parte ridotta. Una buona percentuale viene trasformata in nanoparticelle volatili ancora più piccole che sfuggono all’attuale normativa e quindi agli strumenti di monitoraggio. L’aumento di temperatura necessaria alla combustione del particolato all’interno del FAP è ottenuto rendendo più caldi i gas di scarico che arrivano al filtro. Questo viene ottenuto prolungando la combustione del gasolio ben oltre il punto morto superiore del pistone tramite una o due post- iniezioni. Inoltre, si può bypassare l’intercooler così da ottenere aria più calda in camera di combustione.
IL FILTRO ANTIPARTICOLATO E I CONSUMI DI GASOLIO
E’ ben evidente che tali artifici si traducono in un aumento del consumo di carburante e in un lieve calo di prestazioni durante la fase di rigenerazione. Tuttavia, queste controindicazioni non possono essere trascurate nel quadro complessivo dei costi di gestione del veicolo. La fase di rigenerazione del filtro antiparticolato è controllata dalla differenza di pressione in entrata e in uscita del FAP. Con l’intasarsi progressivo del filtro, il salto di pressione aumenta finché il modulo di gestione elettronico del filtro non legge il valore limite di “rigenerazione”.
Questa dovrebbe avvenire, a secondo delle condizioni di uso del veicolo, ogni 300-1000 km (10-15 ore di funzionamento). Durante i percorsi extraurbani a velocità di almeno 90 km/h per un tempo di circa 10 – 20 minuti. Se il guidatore non può soddisfare in tempi brevi tali condizioni, potrebbero sorgere, come vedremo più avanti, complicazioni di natura tecnica ed economica.
IL FAP E LA DILUIZIONE DELL’OLIO MOTORE
Le post combustioni necessarie a riscaldare opportunamente il FAP e il DPF nella fase di rigenerazione, provocano inevitabilmente una progressiva diluizione dell’olio motore. Questo fenomeno indesiderato è direttamente proporzionale alla frequenza delle rigenerazioni ed è intuitivo che sarà di maggiore entità nelle vetture sottoposte a frequenti percorsi nel traffico urbano. Quando la percentuale di gasolio diluito nell’olio motore raggiunge un valore stimato del 7%-10%, un’apposita segnalazione sul quadro strumenti avvertirà l’utente che è necessario sostituire l’olio motore.
Su alcune vetture l’astina di controllo livello olio riporta una ulteriore tacca indicante il livello max tollerabile a seguito della diluizione da gasolio. Ovviamente tale incombenza, oltre a creare un disagio imprevisto, aumenta non poco i costi di gestione del veicolo poiché l’operazione è considerata normale manutenzione a pagamento.
DURATA DEL FILTRO ANTIPARTICOLATO
Il FAP funzionante con la tecnologia dell’additivo catalizzatore (cerina) deve essere sostituito entro certe percorrenze chilometriche poichè l’elemento filtrante, con il tempo, tende ad intasarsi in modo irreversibile. Le ceneri, prodotte in gran parte dalla cerina, che non possono bruciare restano intrappolate nel filtro in modo permanente. Le scadenze per la sostituzione del filtro antiparticolato vanno da 80 mila km per i FAP di prima generazione a 120 mila per quelli successivi, fino a 160 mila km per i FAP più evoluti. Il costo medio a listino di un FAP nuovo è di 500-600 euro; per certi modelli sono anche disponibili i FAP revisionati a prezzo nettamente inferiore.
La principale differenza del DPF rispetto al FAP è l’assenza della cerina in funzione di catalizzatore atto a diminuire la temperatura di rigenerazione. La tecnologia DPF, ritenuta più sicura e meno onerosa, è stata adottata da molte Case automobilistiche (BMW, Audi, Jaguar, Mercedes, Mazda, Fiat, Opel). Nel DPF sono quindi necessarie temperature più elevate (circa 600-650°C) per la fase di rigenerazione.
Le strategie per aumentare la temperatura dei gas di scarico sono analoghe a quelle già esaminate per il FAP. Una seconda post-iniezione ritardata prolunga la combustione nel collettore di scarico, fino al catalizzatore. Inoltre si possono adottare altri provvedimenti come, ad esempio, il blocco della valvola EGR, la chiusura parziale della farfalla dell’aria aspirata, la chiusura delle palette a geometria variabile del turbocompressore.
LA RIGENERAZIONE DEL FILTRO ANTIPARTICOLATO
L’assenza della cerina crea un minore accumulo di cenere nel filtro e ciò è un grosso vantaggio poiché evita di dover sostituire il DPF alle scadenze chilometriche del FAP. Tuttavia, l’accumulo nel tempo di ceneri ineliminabili può ridurre l’efficienza del DPF al punto da rendere necessaria la sua sostituzione a percorrenze molto elevate. Resta peraltro da chiarire se il biossido di cerio espulso, sia pure in minime quantità, dallo scarico possa avere effetti dannosi a lungo termine per la nostra salute.
Sarebbe un ulteriore caso di “rimedio” peggiore del male, come lo è stato l’introduzione del benzene (cancerogeno) al posto del piombo tetraetile. E’ interessante rilevare che nel DPF avviene anche la rigenerazione “passiva” che si verifica quando il veicolo è guidato ad alta velocità e la temperatura del filtro raggiunge circa i 250°C. In questo caso il modulo di controllo del DPF non interviene.
IL FAP E LE EMISSIONI ALLO SCARICO
Un altro aspetto trascurato del funzionamento dei filtri antiparticolato riguarda l’aumento di emissione di CO2. Infatti tale gas è prodotto dalla combustione del particolato secondo la reazione:
C+O2 = CO2
Un altro effetto positivo che si verifica nel DPF è lo sfruttamento del biossido d’azoto come ossidante per il carbonio, ottenendo anidride carbonica e ossido d’azoto:
NO2+ C= NO+CO2
La CO2 non è un gas tossico (èprodotta industrialmente e la ingeriamo continuamente con le bevande gassate), ma è ad effetto serra.
I PROBLEMI FREQUENTI CON FAP E DPF
La descritta rigenerazione “attiva” non avviene se la vettura viene usata solo per brevi percorsi oppure a velocità troppo bassa (traffico cittadino). Se non si ha possibilità di andare su strade a veloce scorrimento, si entra nella fase della rigenerazione “forzata” da effettuare necessariamente in officina con l’ausilio delle attrezzature diagnostiche. Tale procedura, considerata di normale manutenzione, quindi a pagamento, può richiedere la sostituzione dell’olio motore per eccessiva diluizione da gasolio. Se l’utente non provvede a far effettuare la rigenerazione forzata in assistenza, si rischia di intasare in modo irreversibile il filtro antiparticolato che dovrà essere sostituito. Tale eventualità, derivante da carenza di manutenzione, non è riconosciuta in garanzia.
Come si può ben vedere, il quadro che emerge non è dei più rosei, soprattutto per le tasche degli automobilisti. Paradossalmente l’uso urbano delle auto con FAP o DPF comporta per l’utente seri rischi funzionali, pratici ed economici. A ciò si aggiunga la tesi sostenuta da alcuni autorevoli studiosi secondo cui le nanoparticelle volatili emesse dai filtri sarebbero ancor più dannose. Crediamo ce ne sia a sufficienza affinché la pubblica amministrazione ed i costruttori rivalutino attentamente la materia. E’ altrettanto evidente che tali potenziali complicazioni, da non sottovalutare, riducono ulteriormente la convenienza delle vetture diesel rispetto a quelle a benzina (e ibride). Convenienza già ampiamente compromessa dall’esigua differenza di prezzo gasolio-benzina, i maggiori consumi dei potenti diesel, la durata e affidabilità media di tali propulsori sovralimentati. Infatti, l’attuale andamento del mercato, dimostra una decisa rimonta delle vetture a benzina.
FILTRO ANTIPARTICOLATO GPF SU MOTORI BENZINA
Con l’evoluzione delle normative ambientali e la crescente consapevolezza riguardo alle emissioni nocive, sempre più veicoli con motore a benzina stanno adottando il filtro antiparticolato GPF (Gasoline Particulate Filter) associato alla presenza dell’iniezione diretta di benzina (GDI). I filtri antiparticolato a benzina sono basati sulla medesima tecnologia dei filtri antiparticolato diesel (DPF) e si sono diffusi anche su motori dalla cilindrata risotta (vedi il 1.2 3 cilindri sulle auto Stellantis). Le particelle nei gas di scarico si raccolgono nel filtro antiparticolato della benzina provocando una graduale limitazione filtrante nel tempo, pertanto è prevista una fase di rigenerazione a seconda della percorrenza.